Sử dụng bài tập thí nghiệm theo phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông

Bài viết tập trung đề cập đến việc sử dụng bài tập thí nghiệm theo phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí hiện nay và giới thiệu tiến trình xây dựng một bài dạy học theo phương pháp này với sự hỗ trợ của bài tập thí nghiệm.

UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.3, NO.2 (2013) SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM THEO PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG USING EXPERIMENTAL EXERCISES IN EXPERIMENTAL METHODS IN TEACHING PHYSICS AT HIGH SCHOOL Nguyễn Bảo Hoàng Thanh Trần Anh Tiến Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Trường THPT Trần Quốc Tuấn, Quảng Ngãi TÓM TẮT Phương pháp thực nghiệm phương pháp sử dụng phổ biến dạy học vật lí trường phổ thơng Việc sử dụng phương pháp thực nghiệm dạy học vật lí phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo học sinh học tập Bài tập thí nghiệm vật lí phương tiện để dạy học, tùy theo mục đích, nội dung phương pháp dạy học mà tập thí nghiệm sử dụng theo hình thức khác Trong khn khổ báo, tập trung đề cập đến việc sử dụng tập thí nghiệm theo phương pháp thực nghiệm dạy học vật lí giới thiệu tiến trình xây dựng dạy học theo phương pháp với hỗ trợ tập thí nghiệm Từ khóa: phương pháp thực nghiệm; dạy học Vật lý; tập thí nghiệm ABSTRACT Experimental method is a quite common method used in teaching physics at high school now Using experimental methods in the teaching physics has promote students’ being active, proactive, creative in learning Physics experimental exercises are a means of teaching, so depending on the purpose and methods of teaching they can be used in different forms This paper refers to the use of experimental exercises according to the experimental methods of teaching physics at present and introduces the process of building a lecture plan based on this method with the assistance of experimental exercises Key words: experimental method; teaching Physics; experimental exercise Đặt vấn đề Trong dạy học nay, đổi phương pháp dạy học vấn đề quan trọng tiến trình đổi giáo dục, nhiều phương pháp dạy học tích cực áp dụng nhà trường phổ thơng Theo đó, phương pháp thực nghiệm - phương pháp đặc thù dạy học vật lí, khẳng định vị trí vai trị quan trọng q trình đổi phương pháp dạy học vật lí trường phổ thơng Việc sử dụng phương pháp thực nghiệm giúp học sinh (HS) hoạt động thông qua hoạt động thân mà tiếp nhận, chiếm lĩnh kiến thức vật lí Tuy nhiên, thực tế trường phổ thơng nay, nhiều giáo viên (GV) lúng túng việc áp dụng giai đoạn phương pháp thực nghiệm vào dạy học hình thức sử dụng thí nghiệm (TN) phương pháp thực nghiệm cịn Bài tập thí nghiệm (BTTN) vật lí với cách thể đa dạng, nên việc sử dụng BTTN dạy học theo phương pháp thực nghiệm cách hợp lý góp phần vào đa dạng hóa hình thức dạy học phát huy tính tích cực việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS dạy học vật lí Nội dung 1.1 Sử dụng tập thí nghiệm theo phương pháp thực nghiệm dạy học vật lí Khi sử dụng phương pháp thực nghiệm dạy học vật lí, GV tổ chức hoạt động nhận thức cho HS thông qua giai đoạn: nêu kiện khởi đầu; xây dựng mơ hình - giả thuyết; suy luận rút hệ quả; đề xuất thực phương án TN kiểm tra; vận dụng kiến thức BTTN vật lí, với đặc điểm TN với cách thể đa dạng như: mô tả TN lời kèm theo câu hỏi, thể qua video clip TN TN mô phỏng, thể TN thực nên dạy học phương pháp thực nghiệm, GV sử dụng BTTN theo hình thức vào giai đoạn phương pháp thực nghiệm ❖ Nêu kiện khởi đầu Sự kiện khởi đầu phải làm nảy sinh mâu thuẫn nhận thức, phải làm bộc lộ quan niệm sẵn 101 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC có HS, lơi HS vào vấn đề học Trong giai đoạn này, tùy vào mục đích, nội dụng học, điều kiện phương tiện dạy học, GV sử dụng BTTN hình thức như: - GV mơ tả TN lời sau kèm theo câu hỏi mà HS chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tịi trả lời - GV cho HS xem đoạn video clip TN flash TN mơ u cầu HS dự đốn diễn biến tượng, tìm nguyên nhân xác lập mối liên hệ - GV biểu diễn vài TN thực mang tính chất định tính, thực nhanh, gọn lớp để HS tự lực phát tính chất hay mối quan hệ cần nghiên cứu TẬP 3, SỐ (2013) ứng điện từ, để HS đưa giả thuyết mối quan hệ từ trường nam châm dòng điện cảm ứng ống dây nam châm chuyển động tương đối so với ống dây GV cho HS xem flash TN mơ hình đường sức từ yêu cầu HS quan sát số đường sức từ xuyên qua mặt ống dây tăng lên hay giảm (BTTN thể hình thức flash mơ phỏng) (minh họa hình 1) Việc sử dụng mơ hình đường sức từ trường hợp giúp HS dễ đưa nhận xét nguyên nhân tượng cảm ứng điện từ ❖ Suy luận rút hệ ❖ Xây dựng mơ hình - giả thuyết Theo nhà nghiên cứu giáo dục, giai đoạn quan trọng trình nhận thức giai đoạn tri thức tượng cần nghiên cứu xây dựng tư trực giác HS đóng vai trị quan trọng GV hướng dẫn cho HS xây dựng giả thuyết ban đầu dựa vào vào quan sát tỉ mỉ, kinh nghiệm thân, vào kiến thức sẵn có Việc sử dụng BTTN giai đoạn mang tính hỗ trợ cho HS đưa dự đốn mang tính chất định tính định lượng Để BTTN sử dụng có hiệu giai đoạn này, sử dụng theo cách sau: - Cho HS BTTN hình thức video clip TN mơ mang tính chất định tính, câu hỏi tập phải tập trung vào nguyên nhân chính, mối quan hệ chi phối tượng - Cho HS làm BTTN thực đơn giản, kết TN HS xác định mối quan hệ định tính định lượng vật để HS đưa dự đoán[1],[3] Các giả thuyết HS hợp lý chưa đầy đủ với nội dung tri thức cần nghiên cứu, GV phải hướng dẫn HS sử dụng lý luận để phát đưa lựa chọn xác Ví dụ: Khi nghiên cứu tượng cảm 102 Hình Từ giả thuyết dùng suy luận lôgic hay suy luận toán học suy hệ mối quan hệ đại lượng vật lí Các hệ kiểm tra thực nghiệm để khẳng định tính đắn giả thuyết Trong giai đoạn này, việc sử dụng BTTN chủ yếu hình thức dùng lời để mô tả lại TN đưa giai đoạn nêu kiện khởi đầu, kèm theo câu hỏi như: Nếu tăng (giảm) A B tuân theo quy luật nào? Nếu… tượng xảy nào? Đây thực chất cách dùng câu hỏi định tính để định hướng cho HS đưa hệ kiểm tra TN Ví dụ: Ở ''Lực đàn hồi” sau HS xây dựng mơ hình giả thuyết để HS sử dụng kiến thức toán học để suy hệ lơgic Fđh = const kiểm tra thực l nghiệm, GV đưa câu hỏi: Nếu ta tăng thêm nặng vào đầu lò xo thẳng đứng độ lớn lực đàn hồi lò xo với độ giãn lò xo trường hợp tuân theo quy luật TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 3, SỐ (2013) HS tự làm TN (hoặc GV thực TN), vận dụng nhiều đơn vị kiến thức để trả lời ? ❖ Đề xuất thực phương án TN để kiểm tra Đây giai đoạn xác định đắn hay không hệ logic GV định hướng cho HS xây dựng thực phương án TN để kiểm tra xem hệ dự đốn có phù hợp với kết thực nghiệm không Nếu phù hợp giả thuyết trở thành chân lý, khơng phù hợp phải xây dựng giả thuyết Thực tế dạy học cho thấy, phương án TN HS đưa lúc thực lớp, GV cần định hướng HS lựa chọn phương án TN hợp lý với dụng cụ TN có sẵn Tùy vào điều kiện trang thiết bị dạy học trình độ HS, GV sử dụng BTTN để tổ chức hoạt động nhận thức cho HS theo mức độ khác nhau: + Mức độ 3: Đưa BTTN sáng tạo, HS phải vận dụng nhiều đơn giạ kiến thức kinh nghiệm sống để dự đốn, giải thích tượng, đưa phương án TN vận dụng kĩ thực hành phép suy luận logic giải 1.2 Ví dụ thiết kế dạy học sử dụng BTTN theo phương pháp thực nghiệm Nội dung: Xây dựng định luật Húc lò xo GV đặt vấn đề: Khi lò xo bị biến dạng + Mức độ 1: GV đưa BTTN đơn giản, HS tự thực lớp + Mức độ 2: GV đưa BTTN nâng cao, thường tập có nhiều phương án TN yêu cầu HS lựa chọn phương án thực TN Nếu TN phức tạp GV biểu diễn để HS quan sát rút nhận xét + Mức độ 3: GV mô tả lại TN phức tạp, thực trực tiếp nhà trường phổ thông, thông báo kết TN, yêu cầu HS tự rút kết luận ❖ Vận dụng kiến thức Trong dạy học vật lí theo phương pháp thực nghiệm thường có ba dạng vận dụng kiến thức vật lí: giải thích tượng vật lí; dự đốn tượng; chế tạo thiết bị đáp ứng yêu cầu đời sống sản xuất [2] Trong giai đoạn này, việc sử dụng BTTN sử dụng hầu hết học mang lại hiệu cao Có thể vận dụng mức độ: + Mức độ 1: Đưa BTTN đơn giản, với TN thực nhanh lớp yêu cầu chủ yếu vận dụng kiến thức vừa học để giải thích tượng + Mức độ 2: Đưa BTTN nâng cao, (Hình 2) (kéo nén) có xuất lực đàn hồi tác dụng lên vật làm vật có xu hướng trở vị trí ban đầu Như lực đàn hồi lị xo có đặc điểm gì? GV: Tổ chức HS thảo luận nhóm để tìm hiểu phương chiều lực đàn hồi thơng qua BTTN theo hình thức thể qua TN mơ (hình 2) u cầu HS viết điều kiện cân vật trường hợp trên, từ nêu nhận xét phương chiều lực đàn hồi lò xo HS: Thảo luận rút nhận xét sau: - Từ biểu thức      F + P =  F = −P - Lực đàn hồi có phương trùng với phương trục lò xo chiều lực ngược với chiều biến dạng lò xo GV: Nhấn mạnh cho HS thấy muốn lò xo dãn nhiều phải kéo mạnh (treo vật khối lượng lớn hơn) lực đàn hồi tăng theo để chống lại lực kéo Từ nêu lên kiện khỏi đầu 103 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 3, SỐ (2013) Sự kiện khởi đầu: với độ dãn lò xo Mối quan hệ độ lớn lực đàn hồi GV: hướng dẫn nhóm xây dựng giả Xây dựng mơ hình - giả thuyết: chiều dài l lị xo có nặng tương ứng, ghi kết vào bảng thuyết HS: Các nhóm thảo luận xây dựng giả thuyết HS đưa dự đốn độ giãn lị xo phụ thuộc vào khối lượng vật treo vào vật liệu làm lò xo GV: Từ dự đốn GV hướng dẫn HS đưa tỉ số Fdh = const l Bảng Số liệu thu từ thí nghiệm F = P (N) Độ dài l (mm) Độ dãn l (mm) Từ bảng số liệu rút nhận xét mối quan hệ độ lớn lực đàn hồi với độ dãn lò xo (Ở GV hạn chế số lượng treo nặng nhóm để khơng vượt q giới hạn đàn hồi lị xo) (Hình 3) Trong trường hợp, HS khơng đưa dự đoán mối quan hệ định lượng lực đàn hồi độ biến dạng lò xo để định hướng cho HS xây dựng mơ hình giả thuyết, GV cho HS BTTN hình thức Flash TN mơ (hoặc TN thực) cân treo vào đầu lị xo (Hình 3), sau yêu cầu HS cho biết độ lớn lực đàn hồi Fđh liên quan đến độ giãn lò xo nào? TN kiểm tra GV: Gợi ý cho HS nêu phương án thực TN qua BTTN: Với dụng cụ sau: thước đo chiều dài có độ chia đến hàng mm; lò xo đàn hồi; cân Thực TN xác định mối quan hệ độ lớn lực đàn hồi với độ dãn lò xo HS: Thảo luận nêu phương án GV thống phương án TN: Treo lò xo thẳng đứng đầu cố định, đầu tự do, đo chiều dài l0 lò xo Lần lượt treo nặng vào đầu tự lò xo, lần ta đo 104 HS tiến hành TN theo nhóm với phương án thống nhất, ghi kết vào bảng rút nhận xét: lực đàn hồi lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng lò xo Phát biểu thành định luật GV nêu lên trường hợp giới hạn đàn hồi (mô qua video clip) đến nội dung định luật Huc biểu thức F = k l ; k hệ số đàn hồi HS: Tiếp nhận, phát biểu nội dung định luật: Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng lò xo Vận dụng GV: cho HS làm BTTN để nêu lên ý nghĩa hệ số k BTTN: Với dụng cụ ba lị xo có chiều dài tự nhiên nặng Treo nặng vào ba lò xo Hãy so sánh độ dãn ba lò xo nêu lên ý nghĩa hệ số đàn hồi k HS: Thực theo nhóm trả lời với phiếu học tập GV: Tổng kết kết thu từ phiếu học tập nhận xét TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 3, SỐ (2013) Tên: PHIẾU HỌC TẬP Lớp: Nhóm: BTTN: Với dụng cụ ba lò xo có chiều dài tự nhiên nặng Treo nặng vào ba lò xo Hãy so sánh độ dãn ba lò xo nêu lên ý nghĩa hệ số đàn hồi k - Trình bày bước tiến hành TN? ………………………………………………………………………………………………… - So sánh độ giãn lò xo thực TN? ………………………………………………………………………………………………… - Từ kết TN, cho biết ý nghĩa hệ số đàn hồi k? * Nhận xét tiến trình dạy học: Trong vào thực tế học sinh, qua góp phần đổi dạy học, để việc sử dụng BTTN giai có hiệu vào phương pháp dạy học đoạn phương pháp thực nghiệm có hiệu quả, mơn Qua thực tế dạy học, nhận thấy: BTTN sử dụng nhiều hình thức khác Với tượng trực quan hóa khơng thiết phải sử dụng tất thơng qua hình thức thể BTTN TN giai đoạn Trong thí dụ nêu trên, BTTN flash mô hỗ trợ tốt cho trình tư sử dụng giai đoạn: nêu kiện khởi trừu tượng HS, góp phần làm đơn giản hóa đầu (theo hình thức TN mơ phỏng); TN kiểm tra tượng, q trình vật lí (BTTN thực); xây dựng mơ hình- giả thuyết Ngồi ra, giai đoạn phương (BTTN mô tả TN lời kết hợp với flash mô pháp thực nghiệm, BTTN giúp HS rèn luyện phỏng) vận dụng (BTTN thực) với hỗ trợ số thao tác bao gồm thao tác chân phiếu học tập phát huy tính tích cực tay thao tác tư duy, với HS phải học tập HS thực số phép suy luận logic phép Kết luận biến đổi để rút kết luận mối quan hệ Có thể nói, việc sử dụng BTTN vật tượng cần nghiên cứu, góp phương pháp thực nghiệm phát huy tính phần vào việc phát triển tư HS phát huy tích cực, tự lực, sáng tạo học sinh học tính chủ động sáng tạo HS học tập, nâng cao khả vận dụng kiến thức tập TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Phạm Quý Tư (Chủ biên), Lương Tất Đạt - Lê Chân Hùng - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Đình Thiết - Bùi Trọng Tuân - Lê Trọng Tường (2006), Vật lí 10 nâng cao, NXB Giáo dục [2] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (2001), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh dạy học vật lý trường phổ thông, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [3] Nguyễn Bảo Hoàng Thanh (Chủ biên), Mai Chánh Trí (2010), Bài tập Vật lý 10 nâng cao, NXB Giáo dục 105 ... yêu cầu HS tự rút kết luận ❖ Vận dụng kiến thức Trong dạy học vật lí theo phương pháp thực nghiệm thường có ba dạng vận dụng kiến thức vật lí: giải thích tượng vật lí; dự đốn tượng; chế tạo thiết... qua góp phần đổi dạy học, để việc sử dụng BTTN giai có hiệu vào phương pháp dạy học đoạn phương pháp thực nghiệm có hiệu quả, mơn Qua thực tế dạy học, nhận thấy: BTTN sử dụng nhiều hình thức... vận dụng nhiều đơn giạ kiến thức kinh nghiệm sống để dự đốn, giải thích tượng, đưa phương án TN vận dụng kĩ thực hành phép suy luận logic giải 1.2 Ví dụ thiết kế dạy học sử dụng BTTN theo phương